Java 逆变与协变

2019-04-13 11:51发布

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最近一直忙于学习模电、数电，搞得头晕脑胀，难得今天晚上挤出一些时间来分析一下Java中的逆变、协变。Java早于C#引入逆变、协变，两者在与C#稍有不同，Java中的逆变、协变引入早于C#，故在形式没有C#直观（Google推出的基于jvm的Kotlin语音，则完全走向了C#的路线）。Java中逆变、协变，在泛型集合使用中更多些、更直观（像C#中的用法在Java中较少出现，但并非不可）。 正常泛型集合的使用 示例代码如下： public static void main(String[] args) { ArrayList alist = new ArrayList<>(); alist.add(new Integer(10)); alist.add(new Float(10.12)); Number n = alist.get(0); } 对于alist集合而言，泛型类型参数 Number 已限定其可容纳的类型。Integer/Float 类型的对象都可成功加入，并能通过get(index)获取（获取时注意类型为Number）。通过这个示例，可以看到正常泛型集合可 "存取规范的类型及其子类型对象"。 协变 如下示例代码： public class Person { } public class Student extends Person{ } public class Teacher extends Person{ } public static void main(String[] args) { ArrayList alist = new ArrayList<>(); ArrayList slist = new ArrayList<>(); //类型转换错误 alist = slist; }   在 Java 中 Person虽是Student的父类，但泛型 ArrayList 却并非 ArrayList的父类，所以 alist = slist 类型不兼容。上面程序中的目的是用 slist 替代 alist的实际功能，因此在以后使用 alist 时实际调用的应该是 slist 对应的功能。 在 Java 中要满足上述需求，应该具备2个条件： 1、放入数据时调用 alist.add(e) 要保证参数e，能转换为 slist.add(e) 中所需类型 2、获取数据时调用 alist.get(index) 的实际执行者 slist.get(index) 返回的结果能够转换为 alist 声明的Person类型 上面条件2是成立的，但条件1却并不一定成立。因 ArrayList 规范类型为Person，Student、Teacher都满足alist.add(e)的要求，却并不满足 slist.add(e)对类型必须是Student的要求。 修改代码如下： public static void main(String[] args) { ArrayListextends Person> alist = new ArrayList<>(); ArrayList slist = new ArrayList<>(); //类型转换正常 alist = slist; //添加数据错误 alist.add(new Student()); //正常 Person p = alist.get(0); }
? extends Person 指明 alist 赋值的泛型集合约束类型只要是 extends Person 的就可以，因此将 ArrayList slist 赋值给 alist 满足泛型类型参数约束。 alist.add(e) 根据 ? extend Person 的定义，e只要是 Person 类型或其子类型就可满足添加条件，然而 slist 只允许 Student 类型对象加入，因此前面所说的条件1无法保证（null可以被加入，但却意义） 。

因此Java中（根据前面2个条件分析可得到该结论）使用 extends 声明的泛型或泛型集合，只能从其中取值，不能向其中添值。 extends 声明的集合只能用于从其中取出元素，可能有朋友会问“不能向其中放入值，又何来从其中取值”。看下面的代码： public static void main(String[] args) { ArrayList slist = new ArrayList<>(); slist.add(new Student()); ArrayList tlist = new ArrayList<>(); tlist.add(new Teacher()); test(slist); test(tlist); } private static void test(Listextends Person> list) { for(Person p : list){ System.out.println(p.toString()); } } 通过上面的代码很容易发现，test方法的参数 list 在方法内部不允许添加元素（null除外）；但在 main 中却可以向 slist、tlist 中添加元素，并作为实参传递到 test 方法的调用过程中。从 test 方法的角度分析，参数 list 里面具体存放的是Person？Student？Teacher？无所谓，这里统一当作Person对象来用绝对是类型安全的。这种把 泛型约束的子类型 当作 泛型约束的父类型 来用的情况就是协变。  逆变  示例代码： public static void main(String[] args) { ArrayList alist = new ArrayList<>(); ArrayList slist = new ArrayList<>(); //类型转换错误 slist = alist; } 如上代码 意欲使用 alist 替代 slist 进行元素的存储，跟进前面的分析上面代码编译错误。 在 Java 中要满足上述需求，应该具备2个条件： 1、放入数据时调用 slist.add(e) 要保证参数e，能转换为 alist.add(e) 中所需类型 2、获取数据时调用 slist.get(index) 的实际执行者 alist.get(index) 返回的结果能够转换为 slist 声明的Student类型 上面条件1是成立的，但条件2却并不一定成立。因 ArrayList 规范类型为Person，Student、Teacher都满足alist.add(e)的要求，alist.get(index) 返回值却并一定满足 slist.get(index)返回值必须是Student类型的要求。 修改代码如下： public static void main(String[] args) { ArrayList alist = new ArrayList<>(); ArrayListsuper Person> slist = new ArrayList<>(); // 正常 slist = alist; slist.add(new Student()); slist.add(new Teacher()); // 错误 slist.add(new Object()); Object obj = slist.get(0); } ? super Person 指明 slist 赋值的泛型集合约束类型只要是 super Person 的就可以，因此将 ArrayList alist 赋值给 slist 满足泛型类型参数约束。

？ super Person 虽指明集合可容纳Person的父类类型（仅是有容纳能力），但 Person 的继承关系、层级并不明确（Person来自其他jar包）。因此该泛型约束对于Person的父类型并无约束能力，所以 super 禁止添加Person父类型到集合中（有能力容纳，但不允许放入），只能放入Person及其子类型。 slist.get(index)调用实际上执行的是alist.get(index)，最终返回值类型是Person？Teacher？Student？ 不得而知，所以使用 super 声明的泛型集合get返回只能为Object类型。 因此Java中（根据前面2个条件分析可得到该结论）使用 super 声明的泛型或泛型集合，只能向其中添值，不要从其中取值（取回的值均为 Object 类型，没有意义）。

同样有朋友会问 super 声明的泛型集合只放不取有何意义？看下面代码：
 public static void main(String[] args) { ArrayList alist = new ArrayList<>(); test2(alist); for(Person p : alist){ System.out.println(p.toString()); } } public static void test2(Listsuper Person> list){ list.add(new Student()); list.add(new Teacher()); }  通过上面的代码很容易发现，在 main 中 alist 有明确的类型，并作为实参传递到 test2 方法的调用过程中。从 test2 方法的角度分析，可以向集合中添加Person及其子类对象。这种把 泛型约束的父类型 当作 泛型约束的子类型 来用的情况就是逆变。    说明： Java 中使用逆变、协变的机会并不算多。如果要使用请记住：如果限定集合仅可放入值时用 super、如果要限定集合仅可取出值时用 extends、如果集合既需要放入值又要取出值时用标准泛型集合。 文章写的仓促，若有不妥请各位朋友指正。

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